JP2015157257A - ハニカム構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】要求される厳しい精度の圧力損失性能を有し、生産性が向上することを可能とするハニカム構造体を提供する。【解決手段】ハニカム構造体１は、多孔質の隔壁４を有するハニカム構造部６と、ハニカム構造部６の所定のセル３である入口セル３ａの流出側端面２ｂと残余のセル３である出口セル３ｂの流入側端面２ａとに配設された第一の目封じ部８と、未焼成である第二の目封じ部９と、を備える。第一の目封じ部８は、流入側端面２ａと流出側端面２ｂにおいて、市松模様をなすように配置されている。第二の目封じ部９の個数は、前記セルの両端面２ａ，２ｂにおける第一の目封じ部８が形成されていない開口部の３％以内である。【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス浄化用フィルタとして使用可能なハニカム構造体に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関や各種の燃焼装置等から排出されるガスには、スス（ｓｏｏｔ）を主体とする粒子状物質（パティキュレートマター（ＰＭ））が、多量に含まれている。このＰＭがそのまま大気中に放出されると、環境汚染を引き起こすため、排出ガスの排気系には、ＰＭを捕集するためのフィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ））が搭載されている。

このようなフィルタとしては、例えば、流体（排ガス、浄化ガス）の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁及びセルの開口部を封止するための目封じ部を有する目封じハニカム構造体が用いられている。目封じ部は、流体（浄化ガス）の流出側端面における所定のセル（流入セル）の開口部と、流体（排ガス）の流入側端面における残余のセル（流出セル）の開口部とに配設されている。

上記目封じハニカム構造体では、流入セルから排ガスを流入させると、排ガスが隔壁を通過する際に排ガス中のＰＭが隔壁に捕集され、ＰＭが除去された浄化ガスが流出セルから流出する。

ＤＰＦ等の粒子状物質捕集フィルタを長期間継続して使用するためには、定期的にフィルタに再生処理を施す必要がある。即ち、フィルタ内部に経時的に堆積したＰＭにより増大した圧力損失を低減させてフィルタ性能を初期状態に戻すため、フィルタ内部に堆積したＰＭを高温のガスで燃焼させて除去する。このためフィルタの圧力損失値をモニタリングし、燃料噴射を多くして排ガス温度を高くすることで、ＰＭを除去する。

フィルタの再生処理は、燃料消費量を低減させるため、フィルタの再生処理の間隔（再生処理を要するまでの時間）は、長い方が好ましい。しかしながら、フィルタの圧力損失値は各個体で異なるため、それらの製造上の圧力損失値のばらつきを考慮し、フィルタ再生処理における圧力損失値（制御値）を設定する必要がある。そこでフィルタの各個体の圧力損失値のばらつきが大きいほど、フィルタの再生処理の間隔を短くする必要があるが燃料消費量の増加につながる。この他、昨今の燃費／ＣＯ_２規制の強化を背景に、フィルタの圧力損失性能に従来よりも厳しい精度が求められるようになってきている。このため製造時のハニカム構造体の圧力損失の調整が不可欠である。

特許文献１には、焼成されることなく未焼成の第二の目封じを有するハニカム構造体が開示されている。

特開２００５−２７０７５５号公報

しかしながら、特許文献１は、ＰＭがフィルタ内で偏った堆積をすることを防止するためのものである。特許文献１のハニカム構造体は、開口端のうち、少なくとも一方の最外周または外周から所定数だけ内部方向に位置する外周セルの全てに第二の目封じを有するため、圧力損失の微調整には不向きであった。また、ハニカム構造体のＡｓｈ体積可能容量を減少させてしまう問題があった。

本発明の課題は、要求される厳しい精度の圧力損失性能を有し、生産性が向上することを可能とするハニカム構造体を提供することである。

本発明者らは、第二の目封じ部を形成し、その個数を制限することにより、上記課題を解決することができることを見出した。本発明によれば、以下のハニカム構造体が提供される。

［１］ 一方の端面である流入側端面から他方の端面である流出側端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、前記ハニカム構造部の所定の前記セルである入口セルの前記流出側端面と残余の前記セルである出口セルの前記流入側端面とに配設され、第一の目封じ材で目封じされた後に焼成された第一の目封じ部と、接着材と骨材とを含む第二の目封じ材で目封じされた後に焼成されることなく未焼成である第二の目封じ部と、を備え、前記第二の目封じ部の個数が、前記セルの両端面における前記第一の目封じ部が形成されていない開口部の３％以内であるハニカム構造体。

［２］ 前記第二の目封じ部を前記ハニカム構造体の最外周から完全セルの５セル目までの範囲に備える前記［１］に記載のハニカム構造体。

［３］ 前記ハニカム構造部が、複数の前記セルを区画形成する多孔質の前記隔壁を有するハニカムセグメントを複数接合して形成され、前記第二の目封じ部を前記ハニカムセグメントの最外周から３セル目までの範囲に備える前記［１］に記載のハニカム構造体。

［４］ 前記第二の目封じ部の材料が、前記ハニカム構造部の外周をコートする外周コート材と同一材料である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［５］ 前記第二の目封じ部を前記ハニカム構造体の流入側端面に備える前記［１］〜［４］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［６］ 前記ハニカム構造体のセル形状が、正方形、長方形、菱形及び六角形のいずれかである前記［１］〜［５］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［７］ 前記第二の目封じ部をハニカム構造体の流出側端面で、前記ハニカム構造体または前記ハニカムセグメントの中心を通る前記セルの対角線上に並んだセルに備える前記［６］に記載のハニカム構造体。

［８］ 前記第二の目封じ部が前記第一の目封じ部と異なる色である前記［１］〜［７］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［９］ 流入側端面のセルの水力直径が流出側端面のセルの水力直径よりも大きい前記［１］〜［８］のいずれかに記載のハニカム構造体。

［１０］ ハニカム構造体が、コージェライト、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート、窒化珪素、及び炭化珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種のセラミックス材料で形成されている前記［１］〜［９］のいずれかに記載のハニカム構造体。

ハニカム構造体に第二の目封じ部を形成することにより、圧力損失の要求精度に対する微調整が可能である。第二の目封じ部に個数制限を設けることで、著しく圧力損失を増加させることがない。

ハニカム構造体の一実施形態を示す斜視図である。 ハニカム構造体の一実施形態の流入側端面を示す模式図である。 ハニカム構造体の軸方向に平行な断面を模式的に示す断面図である。 ハニカムセグメントの一実施形態を示す斜視図である。 セグメント接合型ハニカム構造体の一実施形態を示す斜視図である。 ハニカム構造体の最外周からのセルの数え方を説明するための説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。

［１］ハニカム構造体：
［１−１］概要：
図１は、本発明のハニカム構造体の一実施形態の斜視図、図２は、流入側端面を示す模式図である。図３は、軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面を模式的に示す断面図である。本発明のハニカム構造体１は、多孔質の隔壁４を有するハニカム構造部６と、ハニカム構造部６の所定のセル３である入口セル３ａの流出側端面２ｂと残余のセル３である出口セル３ｂの流入側端面２ａとに配設された第一の目封じ部８と、未焼成である第二の目封じ部９と、を備える。

ハニカム構造部６は、一方の端面２である流入側端面２ａから他方の端面２である流出側端面２ｂまで延びて排ガスの流路となる複数のセル３が隔壁４によって区画形成されている。第一の目封じ部８は、第一の目封じ材で目封じされた後に焼成されている。第二の目封じ部９は、接着材と骨材とを含む第二の目封じ材で目封じされた後に焼成されることなく未焼成である。また、第二の目封じ部９の個数は、前記セルの両端面における前記第一の目封じ部が形成されていない開口部の３％以内（３％を含む）である。

第一の目封じ部８は、流入側端面２ａと流出側端面２ｂにおいて、いわゆる市松模様をなすように配置されていることが好ましい。つまり、流入側端面２ａでは、５０％のセル３に第一の目封じ部８が形成され、残りの５０％のセル３には第一の目封じ部が形成されていない。流出側端面２ｂにおいても同様である。流入側端面２ａ、および流出側端面２ｂにおける、第一の目封じ部８が形成されていない開口部（流入側端面２ａと流出側端面２ｂの開口部の合計）の３％以内のセル３に第二の目封じ部９が形成されている。前記開口部の２％以内のセル３に第二の目封じ部９が形成されているのがより好ましい。なお、ここでいう開口部の３％とは、不完全セル３ｅ（図５参照）を除いた開口部の３％である。

ハニカム構造体１に第二の目封じ部９を追加することで圧力損失の要求精度に対応するための微調整が可能である。つまり、ハニカム構造体１の圧力損失を求められる範囲内に微調整することができる。このため、従来は破棄していた製品を破棄する必要がなくなるため、ハニカム構造体１の歩留まりも向上する。また、第二の目封じ部９に個数制限を設けることで、著しく圧力損失を増加させることなく圧力損失を微調整することができる。さらに、圧力損失を第二の目封じ部９を追加することで調整できるため、予め圧力損失が低くなるようにハニカム構造体１を製造しても良い。このようにすると、圧力損失が規格外であることによる破棄が少なくなるため、歩留まりが向上する。

［１−２］ハニカム構造部：
ハニカム構造体１は、多孔質の隔壁４を有するハニカム構造部６を備えている。隔壁４は、一方の端面２から他方の端面２まで貫通し流体の流路となる複数のセル３を区画形成している。ハニカム構造体１は、外周に配設された外周壁７を更に有している。なお、ハニカム構造体１は、必ずしも外周壁７を有する必要はない。

ハニカム構造体１のセル形状は、正方形、長方形、菱形及び六角形のいずれかであることが好ましい。また、それら２つ以上を組み合わせても良い。

流入側端面２ａのセル３の水力直径が流出側端面２ｂのセル３の水力直径よりも大きいことが好ましい。このように構成すると、ハニカム構造体１の流入側流路の隔壁上にＰＭ等が経時的に堆積することに対し、経時変化による圧力損失の増大を少なくすることが出来る。なお、本明細書において「セルの水力直径」は、「４×（断面積）／（周長）」の式で計算される値である。ここで、「断面積」とは、セル３の延びる方向（軸方向２０）に直交する断面におけるセル３の面積のことであり、「周長」とは、セル３の延びる方向に直交する断面における「セルの外周の長さ」のことである。

ハニカム構造部６の形状は、特に限定されない。ハニカム構造部６の形状は、円筒形状、底面が楕円形の筒形状、底面が四角形、五角形、六角形等の多角形の筒形状等が好ましく、円筒形状であることが更に好ましい。また、ハニカム構造部６（ハニカム構造体１）の大きさ（長さなど）は、特に限定されない。ハニカム構造部６は、セル３の延びる方向における長さが５０〜５００ｍｍであることが好ましい。例えば、ハニカム構造部６（ハニカム構造体１）の外形が円筒形の場合、その底面の直径は、５０〜８００ｍｍであることが好ましい。

隔壁４及び外周壁７は、セラミックを主成分とするものであることが好ましい。隔壁４及び外周壁７の材質としては、例えば、以下の群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。即ち、コージェライト、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート、窒化珪素、及び炭化珪素からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これらの中でも、コージェライトが好ましい。コージェライトであると、熱膨張係数が小さく、耐熱衝撃性に優れたハニカム構造体１を得ることができるためである。隔壁４と外周壁７の材質は、同じであることが好ましい。なお、隔壁４と外周壁７の材質は異なっていてもよい。「セラミックを主成分とする」というときは、セラミックを全体の９０質量％以上含有することをいう。

隔壁４の気孔率は、２５〜８０％であることが好ましく、３５〜７５％であることが更に好ましく、４０〜７０％であることが特に好ましい。隔壁４の気孔率が上記範囲であると、圧力損失を低減した上で構造体としての機械強度を保持できる。隔壁４の気孔率は、水銀ポロシメータで測定した値である。

隔壁４の厚さは、０．０５〜０．６０ｍｍであることが好ましく、０．１０〜０．４５ｍｍであることが更に好ましく、０．１５〜０．４０ｍｍであることが特に好ましい。隔壁４の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、構造体としての機械強度が不足してしまうおそれがある。０．６０ｍｍ超であると、圧力損失が上昇する傾向にある。隔壁４の厚さは、中心軸２０に垂直な断面を顕微鏡観察する方法で測定した値である。

隔壁４の平均細孔径は、３〜５０μｍであることが好ましく、５〜４０μｍであることが更に好ましく、７〜３０μｍであることが特に好ましい。隔壁４の平均細孔径が３μｍ未満であると、圧力損失が上昇する傾向にある。５０μｍ超であると、捕集効率が低下する傾向にある。隔壁４の平均細孔径は、水銀ポロシメータで測定した値である。

ハニカム構造部６のセル密度は、７．７５〜９３．００個／ｃｍ^２であることが好ましく、１５．５０〜７７．５０個／ｃｍ^２であることが更に好ましく、２３．２５〜６２．００個／ｃｍ^２であることが特に好ましい。ハニカム構造部６のセル密度が７．７５個／ｃｍ^２未満であると、排ガスとハニカム構造部６との接触面積が十分に得られない傾向にある。９３．００個／ｃｍ^２超であると、圧力損失が上昇する傾向にある。セル密度は、セル３の延びる方向に直交する断面における、単位面積当たりのセル３の個数のことである。

セル３の開口率（第一の目封じ部８、及び第二の目封じ部９が形成されていない場合の開口率）は、３０〜９０％であることが好ましく、４０〜９０％であることが更に好ましく、５０〜９０％であることが特に好ましい。セル３の開口率が３０％未満であると、圧力損失が上昇する傾向にある。９０％超であると、ハニカム構造部６の強度が十分に得られない傾向にある。セル３の開口率は、ハニカム構造部６の一方の端面２及び他方の端面２のそれぞれにおけるセル３の開口率のことである。なお、一方の端面２におけるセル３の開口率と一方の端面２におけるセル３の開口率とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。

外周壁７の厚さは、特に限定されない。外周壁７の厚さは、０．０２５〜６．０００ｍｍであることが好ましく、０．０５０〜４．５００ｍｍであることが更に好ましく、０．１００〜３．０００ｍｍであることが特に好ましい。外周壁７の厚さが０．０２５ｍｍ以上であることにより、外周壁７の機械的強度が保持できる。なお、６．０００ｍｍ超であると、圧力損失が大きくなる傾向にある。なお、ハニカム構造体１は、必ずしも外周壁７を有する必要はない。

ハニカム構造部６は、図４Ａに示すハニカムセグメント１０が複数接合されて構成されるものであってもよい。複数個のハニカムセグメント１０は、互いの側面同士が対向するように隣接して配置された状態で接合材によって接合され、図４Ｂに示すセグメント接合型ハニカム構造体とされる。

［１−３］目封じ部：
［１−３−１］第一の目封じ部：
図３に、ハニカム構造体１の軸方向２０（セルの延びる方向）に平行な断面の断面図を示す。第一の目封じ部８は、ハニカム構造部６の所定のセル３である入口セル３ａの流出側端面２ｂと、残余のセル３である出口セル３ｂの流入側端面２ａとに配設されている。入口セル３ａと出口セル３ｂが交互に形成され、流入側端面２ａにおいて、第一の目封じ部８が市松模様に形成されている。また、流出側端面２ｂにおいても、第一の目封じ部８が市松模様に形成される。第一の目封じ部８は、第一の目封じ材で目封じされた後に焼成されている。

第一の目封じ部８の材料としては、隔壁４の材料と同じものを挙げることができ、隔壁４の材料と同じものを用いることが好ましい。

［１−３−２］第二の目封じ部：
第二の目封じ部９は、第一の目封じ部８が配設されていないセル３に配設されている。したがって、入口セル３ａについては、流入側端面２ａ、出口セル３ｂについては、流出側端面２ｂに配設されている。第二の目封じ部９の個数は、セル３の両端面２ａ，２ｂにおける第一の目封じ部８が形成されていない開口部の３％以内である。第二の目封じ部９の個数を３％以内とすることにより、流入セル開口面積割合、つまりＡｓｈ体積可能容量をあまり小さくせずに、圧力損失を調整して所望の値とすることができる。また、エンジン出力等への悪影響を防止することもできる。さらに、アイソスタティック強度を増大させ、端面クラックの発生を抑制することもできる。

第二の目封じ部９は、接着材と骨材とを含む第二の目封じ材で目封じされた後に焼成されることなく未焼成である。これは、第一の目封じ材で目封じした後、焼成することで第一の目封じ部８を配設したハニカム構造体１の圧力損失を測定した後、低い圧力損失値を増加させるために、第二の目封じ材で目封じして第二の目封じ部９を形成するためである。第二の目封じ材で目封じした後、焼成しない。このため、第二の目封じ材は、接着材と骨材とを含む。接着材を含むことにより、焼成工程が不要となり、製造コストを低減することもできる。尚、第二の目封じ材で目封じした後、第二の目封じを乾燥させてもよい。

第二の目封じ材の接着材としては、コロイド状の酸化物を用いることが好ましい。例えばシリカゾル、アルミナゾル等を好適例として挙げることができる。第二の目封じ材の骨材としては、炭化珪素、アルミナ、粒子状のコージェライト（焼成粉末）、アルミナシリケートファイバーからなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

第二の目封じ部９の材料が、ハニカム構造部６の外周をコートする外周コート材と同一材料であることも好ましい実施形態である。第二の目封じ部９の材料を、外周コートと同一材料とすることで新たな材料を用意する必要がなく、製造コストを低減することができる。

第二の目封じ部９をハニカム構造体１の最外周から完全セルの５セル目までの範囲に備えることが好ましい。第二の目封じ部９を外周から５セルの範囲に限定することにより、ハニカム構造体１の強度を向上できる。

図５を用いて第二の目封じ部９を備えるセル３の数え方について説明する。図５のように、ハニカム構造体１の軸方向２０に垂直な断面が円等の形状である場合、一部のセル３がハニカム構造体１の外周形状に沿った形状を有する。そのようなセル３を不完全セル３ｅと呼び、図５において、不完全セル３ｅを黒塗りの丸で示す。

図５において、ハニカム構造体１の最外周から中心に向けて１個目の完全セル３ｆを黒塗り三角で示す。１個目の完全セル３ｆは、最外周から不完全セル３ｅを挟んでいる場合がある。これとは異なり、１個目の完全セル３ｆが、１個目の完全セル３ｆの断面を構成する多角形の頂点がちょうど外周壁７に一致している場合がある。この場合には、１個目の完全セル３ｆと外周壁７との間に不完全セル３ｅを挟まない。

１個目の完全セル３ｆと隔壁４を隔てて隣接する完全セルを２個目の完全セル３ｇとする。さらに、３個目以降の完全セルについても同様に規定していく。図５では、３個目の完全セル３ｈをアスタリスクで示し、４個目の完全セル３ｉをプラス記号で示す。

上記のようにセル３を規定した場合、第二の目封じ部９をハニカム構造体１の最外周から完全セルの５セル目までの範囲に備えるとは、不完全セル３ｅと５個目までの完全セルを言う。なお、不完全セル３ｅにも第二の目封じをしてもよいが、最外周の不完全セル３ｅに第二の目封じをした場合、圧力損失への影響はほとんど無いため、第二の目封じ部９の個数には含まない。第二の目封じ部９の個数は、不完全セル３ｅを除いた開口部の３％である。

ハニカム構造部６が、複数のセル３を区画形成する多孔質の隔壁４を有するハニカムセグメント１０（図４Ａ参照）を複数接合して形成される場合、第二の目封じ部９をハニカムセグメント１０の最外周から３セル目までの範囲に備えることが好ましい。第二の目封じ部９を外周から３セルの範囲に限定することにより、ハニカム構造体１の強度を向上できる。

第二の目封じ部９をハニカム構造体１の流入側端面２ａに備えることが好ましい。特に、第二の目封じ部９をハニカムセグメント１０の最外周から３セル目までの範囲に備える場合に、流入側端面２ａに備えることが好ましい。このようにすると、ハニカムセグメント１０の中央部に比べ比較的ススの再生がされ難い外周部へのスス堆積を抑制でき、ススの燃え残りを減らすのに有効である。

第二の目封じ部９をハニカム構造体１の流出側端面２ｂに設けることもできる。この場合、構造体としての強度を増加させることができるため、スス再生時にハニカム構造体１の流出側に発生する熱応力に対し、スス再生限界（耐クラック性）を向上させるのに有効である。第二の目封じ部９をハニカム構造体１の流出側端面２ｂに設けた場合、ハニカム構造体１またはハニカムセグメント１０の中心を通るセル３の対角線上に並んだセル３に備えることが好ましい。ハニカムセグメント１０の接合体の場合は、各ハニカムセグメント１０で中心を通るセル３の対角線上に並んだセル３である。このようにすることにより、ハニカム構造体１の強度を向上させることができる。

第二の目封じ部９が第一の目封じ部と異なる色であることが好ましい。このようにすると、ハニカム構造体１のどちらが流入側で、どちらが流出側か識別が容易である。色の違いは目視で容易に識別できれば良く、例えば、第二の目封じ材に色粉などを加えて第一の目封じ材と異なる色にしてもよい。

［２］ハニカム構造体の製造方法：
［２−１］一体型ハニカム構造体：
次に、本実施形態のハニカム構造体１を製造する方法について説明する。まず、ハニカム構造体１を作製するための坏土を調製し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する（成形工程）。得られたハニカム成形体を、乾燥して、ハニカム乾燥体を得ることが好ましい。

次に、得られたハニカム成形体（或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体）を焼成してハニカム構造体１を作製する（ハニカム構造体作製工程）。

次に、得られたハニカム構造体１の流入側端面２ａにおける所定のセル３（出口セル３ｂ）の開口部、及び流出側端面２ｂにおける残余のセル３（入口セル３ａ）の開口部に目封じを施して、目封じ部を形成する（目封じ工程）。目封じ工程は、第一の目封じ工程と、圧力損失を調整するための第二の目封じ工程を含む。

このようにして本実施形態のハニカム構造体１を製造することができる。以下、各製造工程について更に詳細に説明する。

［２−１−１］成形工程：
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を一体成形して、流体の流路となる複数のセル３を区画形成するハニカム成形体を形成する。なお、ここでいう一体成形とは、ハニカム構造部６が一体的に押出成形されたものであり、外周研削や外周コートを施した場合もハニカムセグメント１０の接合体でない場合は、一体成形に含まれる。

セラミック成形原料に含有されるセラミック原料としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、チタニア、炭化珪素、チタン酸アルミニウムなどを挙げることができる。そして、炭化珪素（ＳｉＣ）、珪素−炭化珪素系複合材料、コージェライト化原料、コージェライト、ムライト、アルミナ、アルミニウムチタネート、チタニア、炭化珪素、及びチタン酸アルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種であることが好ましい。なお、「珪素−炭化珪素系複合材料」とは、炭化珪素（ＳｉＣ）を骨材としてかつ珪素（Ｓｉ）を結合材として形成されたものである。「コージェライト化原料」とは、シリカが４２〜５６質量％、アルミナが３０〜４５質量％、マグネシアが１２〜１６質量％の範囲に入る化学組成となるように配合されたセラミック原料であって、焼成されてコージェライトになるものである。

また、このセラミック成形原料は、上記セラミック原料に、分散媒、有機バインダ、無機バインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して調製することが好ましい。各原料の組成比は、特に限定されず、作製しようとするハニカム構造部６の構造、材質等に合わせた組成比とすることが好ましい。

セラミック成形原料を成形する際には、まず成形原料を混練して坏土とし、得られた坏土をハニカム形状に成形することが好ましい。成形原料を混練して坏土を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることができる。坏土を成形してハニカム成形体を形成する方法としては特に制限はなく、押出成形、射出成形等の従来公知の成形方法を用いることができる。例えば、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形してハニカム成形体を形成する方法等を好適例として挙げることができる。口金の材質としては、摩耗し難い超硬合金が好ましい。

例えば、隔壁４の凹部の形状と相補的なかたちで、口金のスリットに凸部を形成しておくことにより、凹部を有する隔壁４を押出成形することが可能になる。

また、上記成形後に、得られたハニカム成形体を乾燥してもよい。乾燥方法は、特に限定されるものではないが、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができ、なかでも、誘電乾燥、マイクロ波乾燥又は熱風乾燥を単独で又は組合せて行うことが好ましい。

［２−１−２］ハニカム構造体作製工程：
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカム構造体１を得る。なお、ハニカム成形体の焼成は、ハニカム成形体に第一の目封じ部を配設した後に行ってもよい。

また、ハニカム成形体を焼成（本焼成）する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物（有機バインダ、分散剤、造孔材等）を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は１００〜３００℃程度、造孔材の燃焼温度は２００〜８００℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、２００〜１０００℃程度で、３〜１００時間程度加熱することが好ましい。

ハニカム成形体の焼成（本焼成）は、仮焼した成形体を構成する成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するために行われる。焼成条件（温度、時間、雰囲気）は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。例えば、コージェライト化原料を使用している場合には、焼成温度は、１４１０〜１４４０℃が好ましい。また、焼成時間は、最高温度でのキープ時間として、４〜６時間が好ましい。

［２−１−３］目封じ工程：
次に、ハニカム構造体１の入口セル３ａの流出側端面２ｂ側の端部と残余の出口セル３ｂの流入側端面２ａ側の端部とに、目封じ材料を充填して第一の目封じ部８を形成する（第一の目封じ工程）。

ハニカム構造体１に目封じ材料を充填する際には、例えば、まず、流入側端面２ａ側の端部に目封じ材料を充填し、その後、流出側端面２ｂ側の端部に目封じ材料を充填する。端部に目封じ材料を充填する方法としては、以下のマスキング工程と圧入工程とを有する方法を挙げることができる。マスキング工程は、ハニカム構造体１の一方の端面（例えば、流入側端面２ａ）にシートを貼り付け、シートにおける、「目封じ部を形成しようとするセル」と重なる位置に孔を開ける工程である。圧入工程は、「ハニカム構造部の、シートが貼り付けられた側の端部」を目封じ材料が貯留された容器内に圧入して、目封じ材料をハニカム構造体１のセル３内に圧入する工程である。目封じ材料をハニカム構造体１のセル３内に圧入する際には、目封じ材料は、シートに形成された孔を通過し、シートに形成された孔と連通するセルのみに充填される。

次に、ハニカム構造体１に充填された目封じ材料を乾燥させて、第一の目封じ部８を形成する。なお、ハニカム構造体１の両端部に目封じ材料を充填した後に、目封じ材料を乾燥させてもよいし、ハニカム構造体１の一方の端部に充填した目封じ材料を乾燥させた後に、他方の端部に目封じ材料を充填し、その後、他方の端部に充填した目封じ材料を乾燥させてもよい。更に、目封じ材料を、より確実に固定化する目的で、焼成してもよい。また、乾燥前のハニカム成形体又は乾燥後のハニカム成形体（ハニカム乾燥体）に目封じ材料を充填し、乾燥前のハニカム成形体又はハニカム乾燥体と共に、目封じ材料を焼成してもよい。

なお、ハニカム成形体の外周部分を研削して所望の形状にすることもできる。さらに外周部分を研削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカム構造体１を作製することもできる。この外周コート材が、ハニカム構造体１の外周壁７となる。このような外周壁７を配設することにより、ハニカム構造体１の真円度が向上する等の利点がある。外周部分の研削、外周コートは、必要に応じて行えばよく任意である。

第一の目封じ部８を形成したハニカム構造体１の圧力損失を測定し、所望の圧力損失となるように第二の目封じ部９を形成する（第二の目封じ工程）。第二の目封じ部９を形成するために、接着材と骨材とを含む第二の目封じ材を作製し、第一の目封じ部が形成されていない開口セルの一部を第二の目封じ材で目封じする。第二の目封じ材は接着材を含むため、目封じした後焼成する必要はない。尚、第二の目封じ材で目封じした後、第二の目封じを乾燥させてもよい。以上の工程により、所望の圧力損失を有するハニカム構造体１を作製することができる（図１参照）。

［２−２］セグメント接合型ハニカム構造体：
作製しようとするハニカム構造体１が、複数個のハニカムセグメント１０を接合して作られたものである場合には、上述のハニカム構造体１と同様の方法で、ハニカムセグメント１０を作製し、ハニカムセグメント１０のセル３の端部に第一の目封じ部８を形成する（図４Ａ参照。ただし、図４Ａには、第二の目封じ部９も描かれている）。

次に、得られた各ハニカムセグメント１０を接合材で接合して、複数個のハニカムセグメント１０が、互いの側面同士を対向するように隣接して配置されるとともに、対向する側面同士が接合層１１により接合されたハニカムセグメント１０の接合体を作製する。

ハニカムセグメント１０は、接合材を用いて接合されることが好ましい。接合材をハニカムセグメント１０の側面に塗布する方法は、特に限定されず、刷毛塗り等の方法を用いることができる。

接合材としては、無機繊維、コロイダルシリカ、粘土、ＳｉＣ粒子等の無機原料に、有機バインダ、発泡樹脂、分散剤等の添加材を加えたものに水を加えて混練したスラリー等を挙げることができる。

ハニカムセグメント１０の側面同士を接合する接合材が、作製されるハニカム構造体１における接合層１１となる。

複数個のハニカムセグメント１０を接合材によって接合した後、得られたハニカムセグメント１０の接合体の外周部分を研削して所望の形状にすることが好ましい。また、ハニカムセグメント１０を接合し、ハニカムセグメント１０の接合体の外周部分を研削した後に、その外周部分に外周コート材を配設して、ハニカム構造体１を作製することが好ましい。この外周コート材が、ハニカム構造体１の外周壁７となる。このような外周壁７を配設することにより、ハニカム構造体１の真円度が向上する等の利点がある。

一体型ハニカム構造体１と同様に、第一の目封じ部８を形成したハニカム構造体１の圧力損失を測定し、所望の圧力損失となるように第二の目封じ部９を形成する。以上の工程により、所望の圧力損失を有するハニカム構造体１を作製することができる（図４Ｂ参照）。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（一体型ハニカム構造体）
（実施例１〜９）
コージェライト化原料として、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。このコージェライト化原料１００質量部に、造孔材を１０質量部、分散媒を２０質量部、有機バインダを１質量部、分散剤を０．５質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。分散媒として水を使用し、造孔材としては平均粒子径１５μｍのコークスを使用した。有機バインダとしてはヒドロキシプロピルメチルセルロースを使用し、分散剤としてはエチレングリコールを使用した。

次に、所定の金型を用いて坏土を押出成形して、一方の端面から他方の端面まで貫通する複数のセル３を区画形成する隔壁４を有するハニカム成形体を作製した。ハニカム成形体は、セル３の延びる方向に直交する断面におけるセル３の形状が四角形で、全体形状が円柱形であった。次に、作製したハニカム成形体をマイクロ波乾燥機で乾燥し、更に熱風乾燥機で完全に乾燥させて乾燥したハニカム成形体（ハニカム乾燥体）を得た。その後、ハニカム乾燥体の両端部を切断して所定の寸法に整えた。

乾燥後のハニカム成形体に、第一の目封じ部８を形成した。まず、ハニカム成形体の流入側端面２ａ側のセル３の開口部に、マスクを施した。このとき、マスクを施したセル３と、マスクを施さないセル３とが交互に並ぶようにした。なお、流入側端面２ａでは、「凹部を有さない隔壁４により形成されたセル３」の開口部にマスクを施した。そして、ハニカム成形体のマスクを施した側の端部を目封じスラリーに浸漬して、マスクが施されていないセル３の開口部に目封じスラリーを充填した。そして、乾燥後のハニカム成形体の流出側端面２ｂにおける残りのセル３（即ち、流入側端面２ａにおいて目封じ部を形成していないセル３）についても、同様にして、第一の目封じ部８を形成した。

そして、第一の目封じ部８を形成したハニカム成形体を脱脂し、焼成して、第一の目封じ部８がセル３の開口部に配設されたハニカム成形体を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。

得られたハニカム構造体１は、直径が１４４ｍｍであり、軸方向２０の長さが２０３ｍｍであった。ハニカム構造体１の直径Ｄに対する軸方向２０の長さＬの比の値（Ｌ／Ｄ）が１．４１であった。ハニカム構造体１のセル密度は４６．５０個／ｃｍ^２であった。隔壁４の厚さは０．３０ｍｍであった。隔壁４の気孔率は５０％であった。隔壁４の平均細孔径は１５μｍであった。第一の目封じ部８の目封じ長さは５ｍｍであった。

ハニカム構造体１に第二の目封じ部９を形成した。表１に第二の目封じ部９の形成位置、個数を示す。尚、第二の目封じ部９の目封じ長さは５ｍｍであった。

［圧力損失］
排ガス浄化フィルタに、１０Ｎｍ^３／分の流量で２５℃の空気を流し、排ガス浄化フィルタの流入端部と流出端部とにおける空気の圧力を測定した。流入端部の圧力から流出端部の圧力を差し引いた値を圧力損失とした。

［アイソスタティック強度］
アイソスタティック強度の測定は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格（ＪＡＳＯ規格）のＭ５０５−８７で規定されているアイソスタティック破壊強度試験に基づいて行った。アイソスタティック破壊強度試験は、ゴムの筒状容器に、ハニカム構造体１を入れてアルミ製板で蓋をし、水中で等方加圧圧縮を行う試験である。即ち、アイソスタティック破壊強度試験は、缶体に、ハニカム構造体１が外周面把持される場合の圧縮負荷加重を模擬した試験である。このアイソスタティック破壊強度試験によって測定されるアイソスタティック強度は、ハニカム構造体１が破壊したときの加圧圧力値（ＭＰａ）で示される。

［スス再生時によるクラック形成試験］
２．０Ｌの４気筒ディーゼルエンジンを用いて、ハニカム構造体１にディーゼルエンジンから排出されたスートを各々６ｇ／Ｌ捕集した後、ハニカム構造体１をエンジンの後段の排ガス処理システムの配管内に搭載した。その後、エンジン回転数を２０００ｒｐｍ、エンジントルクを６０Ｎｍとし、ハニカム構造体１の入口端面から２０ｍｍ手前で、燃料噴射後９０秒後に排気ガス温度が６２０℃になるよう燃料噴射した。６２０℃に到達した時点でエンジン回転数７９０ｒｐｍ、エンジントルク１０Ｎｍのアイドリング状態へ制御し、ハニカム構造体１内に捕集したススを燃焼した。燃焼試験後、燃焼再生によるハニカム構造体１の損傷を実体顕微鏡により観察、ハニカム構造体１の出口側端面クラックの発生有無を確認した。端面クラックが発生していない場合は、ハニカム構造体１で捕集するスス量を１ｇ／Ｌずつ段階的に増やし（例えば、２回目の試験のスス捕集量は７ｇ／Ｌとなる）、上記スス燃焼試験をハニカム構造体１に端面クラックが発生するまで繰り返し実施した。端面クラックが発生した試験における、ハニカム構造体１内の出口端面から１５ｍｍ手前、且つハニカム構造体１の径方向の中心部（セグメント構造の場合はセグメントの中心部）で経時的に測定したハニカム構造体１の温度が最も高くなった値を「端面クラック発生時のハニカム構造体最高温度」とした。尚、上記温度は直径０．５ｍｍのＫ型熱電対を用いて測定した。

（比較例１〜３）
実施例１と同様にして、ハニカム構造体１を作製し、同様の試験を行った。ただし、比較例１は、第二の目封じを施さなかった。

（結果）
表１の判定１は、圧力損失が比較例１に対して＋３％以内（３％を含む）を良（○）、＋３％の範囲を超える場合を不良（×）とした。これは、圧力損失が３％を超えると、エンジン出力等へ悪影響を及ぼす為である。また、３％以内であれば、製造上の各個体間の圧力損失ばらつきを微調整するのに十分である。判定２は、流入セル開口面積割合が比較例１に対して−３％（−３％を含む）以内を良（○）、−３％の範囲を下回る場合を不良（×）とした。流入セル開口面積割合が−３％を下回ると、ハニカム構造体にＡｓｈが堆積した際の圧力損失が著しく上昇する。判定３は、アイソスタティック強度が比較例１に対して±５％以内（±５％を含む）を良（○）、＋５％を超える場合を優良（◎）とした。＋５％を超える場合は、アイソスタティック強度が明らかに向上したと言える。判定４は、端面クラック発生時のハニカム構造体最高温度が比較例１に対して±５０℃以内（±５０℃を含む）を良（○）、＋５０℃を超える場合を優良（◎）とした。＋５０℃を超える場合は、スス再生限界（耐クラック性）が明らかに向上したと言える。

第二の目封じ部９を配設しなかった比較例１を基準とすると、第二の目封じ部９の個数が３％以内の実施例１〜９は、圧力損失を増加させて所望の値としつつ、流入セル開口面積割合、つまりＡｓｈ体積可能容量をあまり小さくせず、アイソスタティック強度を増大させ、端面クラックの発生を抑制することができた。比較例２は、第二の目封じ個数が多いため、圧力損失が大きくなりすぎた。比較例３は、第二の目封じ個数が多く、第二の目封じ部が入口側に偏っているため、流入セル開口面積割合が小さくなり、Ａｓｈ体積可能容量が小さくなった。

（セグメント接合型ハニカム構造体）
（実施例１０〜１８）
セラミック原料として、炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末とを混合したものを用いた。そして、これに、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材を添加すると共に、水を添加して成形原料を作製した。そして、成形原料を真空土練機により混練し、坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに７質量部であった。造孔材の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに３質量部であった。水の含有量は炭化珪素（ＳｉＣ）粉末と金属珪素（Ｓｉ）粉末の合計を１００質量部としたときに４２質量部であった。

得られた坏土を押出成形機を用いて成形し、四角柱状のハニカムセグメント１０の成形体を得た。得られたハニカムセグメント１０の成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で２時間乾燥した。

乾燥後のハニカムセグメント１０の成形体に、第一の目封じ部８を形成した。

そして、第一の目封じ部８を形成したハニカムセグメント１０の成形体を脱脂し、焼成して、第一の目封じ部８がセルの開口部に配設されたハニカムセグメント１０を得た。脱脂の条件は、５５０℃で３時間とした。焼成の条件は、アルゴン雰囲気下で、１４５０℃、２時間とした。

得られたハニカムセグメント１０は、隔壁厚さが０．３０ｍｍであり、セル密度が４６．５０個／ｃｍ^２であった。また、ハニカムセグメント１０は、長さ２０３ｍｍで、断面１辺の長さが３６ｍｍの四角柱形状であった。

上述のハニカムセグメント１０を１６個作製した。そして、１６個のハニカムセグメント１０が、４個×４個の並びになるようにして、接合材で接合し、接合材を乾燥させてハニカムセグメント１０の接合体を得た。接合材をハニカムセグメント１０の側面に塗布する際には、接合層の厚さが１．０ｍｍとなるようにした。

次に、ハニカムセグメント１０の接合体を、その全体形状が円筒形状となるように、外周を研削加工した。

その後、研削加工したハニカムセグメント１０の接合体の外周に、セラミック材料を塗工して外周コート部を形成し、ハニカム構造体１を得た。得られたハニカム構造体１は、直径が１４４ｍｍであり、軸方向２０の長さが２０３ｍｍであった。ハニカム構造体１の直径Ｄに対する軸方向２０の長さＬの比の値（Ｌ／Ｄ）が１．４１であった。ハニカム構造体１のセル密度は４６．５０個／ｃｍ^２であった。隔壁４の厚さは０．３０ｍｍであった。隔壁４の気孔率は５０％であった。隔壁４の平均細孔径は１５μｍであった。第一の目封じ部８の目封じ長さは５ｍｍであった。

次に、実施例１と同様にして第二の目封じ部９を形成した。表２に第二の目封じ部９の形成位置、個数を示す。尚、第二の目封じ部９の目封じ長さは５ｍｍであった。

（比較例４〜６）
実施例１０と同様にして、ハニカム構造体１を作製し、同様の試験を行った。ただし、比較例４は、第二の目封じを施さなかった。

（結果）
表２の判定１は、圧力損失が比較例４に対して＋３％以内（３％を含む）を良（○）、＋３％の範囲を超える場合を不良（×）とした。判定２は、流入セル開口面積割合が比較例４に対して−３％以内（−３％を含む）を良（○）、−３％の範囲を下回る場合を不良（×）とした。判定３は、アイソスタティック強度が比較例４に対して±５％以内（±５％を含む）を良（○）、＋５％を超える場合を優良（◎）とした。判定４は、端面クラック発生時のハニカム構造体最高温度が比較例４に対して±５０℃以内（±５０℃を含む）を良（○）、＋５０℃を超える場合を優良（◎）とした。なお、判定基準の理由は、一体型ハニカム構造体１に記載した理由と同じである。

第二の目封じ部９を配設しなかった比較例４を基準とすると、第二の目封じ部９の個数が３％以内の実施例１０〜１８は、圧力損失を増加させて所望の値としつつ、流入セル開口面積割合、つまりＡｓｈ体積可能容量をあまり小さくせず、アイソスタティック強度を増大させ、端面クラックの発生を抑制することができた。比較例５は、第二の目封じ個数が多いため、圧力損失が大きくなりすぎた。比較例６は、第二の目封じ個数が多く、第二の目封じ部が入口側に偏っているため、流入セル開口面積割合が小さくなり、Ａｓｈ体積可能容量が小さくなった。

本発明のハニカム構造体は、排ガス浄化用フィルタとして利用できる。

１：ハニカム構造体、２：端面、２ａ：流入側端面、２ｂ：流出側端面、３：セル、３ａ：所定のセル（入口セル）、３ｂ：残余のセル（出口セル）、３ｅ：不完全セル、３ｆ，３ｇ，３ｈ，３ｉ：完全セル、４：隔壁、６：ハニカム構造部、７：外周壁、８：第一の目封じ部、９：第二の目封じ部、１０：ハニカムセグメント、２０：軸方向、２１：中心軸、２２：基準軸。

Claims (10)

1. 一方の端面である流入側端面から他方の端面である流出側端面まで延びて排ガスの流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
   前記ハニカム構造部の所定の前記セルである入口セルの前記流出側端面と残余の前記セルである出口セルの前記流入側端面とに配設され、第一の目封じ材で目封じされた後に焼成された第一の目封じ部と、
   接着材と骨材とを含む第二の目封じ材で目封じされた後に焼成されることなく未焼成である第二の目封じ部と、を備え、
   前記第二の目封じ部の個数が、前記セルの両端面における前記第一の目封じ部が形成されていない開口部の３％以内であるハニカム構造体。
2. 前記第二の目封じ部を前記ハニカム構造体の最外周から完全セルの５セル目までの範囲に備える請求項１に記載のハニカム構造体。
3. 前記ハニカム構造部が、複数の前記セルを区画形成する多孔質の前記隔壁を有するハニカムセグメントを複数接合して形成され、前記第二の目封じ部を前記ハニカムセグメントの最外周から３セル目までの範囲に備える請求項１に記載のハニカム構造体。
4. 前記第二の目封じ部の材料が、前記ハニカム構造部の外周をコートする外周コート材と同一材料である請求項１〜３のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
5. 前記第二の目封じ部を前記ハニカム構造体の流入側端面に備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
6. 前記ハニカム構造体のセル形状が、正方形、長方形、菱形及び六角形のいずれかである請求項１〜５のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
7. 前記第二の目封じ部をハニカム構造体の流出側端面で、前記ハニカム構造体または前記ハニカムセグメントの中心を通る前記セルの対角線上に並んだセルに備える請求項６に記載のハニカム構造体。
8. 前記第二の目封じ部が前記第一の目封じ部と異なる色である請求項１〜７のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
9. 流入側端面のセルの水力直径が流出側端面のセルの水力直径よりも大きい請求項１〜８のいずれか１項に記載のハニカム構造体。
10. ハニカム構造体が、コージェライト、アルミナ、ムライト、アルミニウムチタネート、窒化珪素、及び炭化珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種のセラミックス材料で形成されている請求項１〜９のいずれか１項に記載のハニカム構造体。

Images